Giao tiếp với đường truyền điện thoại bằng vi điều khiển

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ATM Asynchronous transfer mode Truyền không đồng bộ CAS Chanel Associated Signalling Báo hiệu kênh riêng CCS Common Chanel Signalling Báo hiệu kênh chung DTMF

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

GIAO TIẾP VỚI ĐƯỜNG TRUYỀN

ĐIỆN THOẠI BẰNG

VI ĐIỀU KHIỂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà nội 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, bản luận văn này là nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng

dẫn của thầy PGS TS Ngô Diên Tập Nếu có gì sai phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách

nhiệm

Người làm cam đoan

Đoàn Văn Tuấn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH 6

MỞ ĐẦU 7

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI 7

1.1 Mạng viễn thông hiện tại 7

1.1.1 Khái niệm về mạng viễn thông 8

1.1.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện nay 10

1.2 Tổng quan tổng đài kỹ thuật số SPC 12

1.3 Kỹ thuật báo hiệu 13

1.3.1 Khái niệm 13

1.3.2 Các chức năng báo hiệu 13

1.3.3 Đặc điểm các hệ thống báo hiệu 14

1.3.4 Nội dung của báo hiệu 14

1.3.4.1 Phân tích cuộc gọi 14

1.3.4.2 Phân loại báo hiệu 15

1.3.4.3 Phân theo chức năng 15

1.3.4.4 Phân theo tổng quan 17

1.3.5 Phương pháp truyền dẫn báo hiệu 18

1.3.5.1 Báo hiệu kênh kết hợp (CAS) 18

1.3.5.2 Báo hiệu kênh chung (CCS) 18

1.4 Kỹ thuật chuyển mạch 20

1.4.1 Chuyển mạch kênh 21

1.4.1.1 Chuyển mạch thời gian kỹ thuật số 21

1.4.1.2 Chuyển mạch không gian kỹ thuật số 23

1.4.1.3 Chuyển mạch ghép 25

1.4.2 Chuyển mạch gói 27

1.4.2.1 Nguyên lí chuyển mạch gói 27

1.5 Mạng viễn thông thế hệ sau 28

1.5.1 Định nghĩa 28

1.5.2 Đặc điểm của NGN 29

1.5.3 Các dịch vụ chính trong mạng NGN 30

Chương 2: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH 34

2.1 Sơ đồ khối 34

2.2 Khối Vi điều khiển 34

2.3 Khối thu phát âm thanh 34

2.4 Khối mã hóa và giải mã DTMF 35

2.4.1 Khái niệm mã DTMF 35

2.4.2 Thuật toán Goertzel 36

2.4.3 Mô tả phần mền của thuật toán Goertzel 37

2.4.4 Mã hoá và giải mã DTMF dùng IC 40

2.4.4.1 Mã hoá dùng IC MT8880 40

2.4.4.2 Giải mã dùng IC MT8880 40

2.5 Khối giải mã FSK 40

2.5.1 Ví dụ bản tin theo khuôn dạng SDMF 41

2.5.2 Ví dụ bản tin theo khuôn dạng MDMF 42

2.6 Khối khuếch đại tín hiệu âm thanh 43

2.7 Khối giao tiếp tín hiệu cảnh báo 43

2.8 Khối hiển thị 44

2.9 Phần mềm biên dịch 44

2.10 Mạch nạp cho Vi điều kiển PIC 45

Chương 3 Thiết kế chi tiết mạch 48

3.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch 48

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý của khối Vi điều khiển 48

3.1.2 Sơ đồ mã hóa và giải mã DTMF 49

3.1.3 Khối giải mã FSK 50

3.1.4: Khối thu phát âm thanh 52

3.1.5 Khối nguồn cung cấp 54

3.1.6 Khối giao tiếp đường điện thoại 54

3.1.7 Khối cảm nhận tín hệu chuông đến 55

3.1.8 Khối khuếch đại 56

3.1.9 Khối giao tiếp tín hiệu cảnh báo 56

3.1.10 Khối hiển thị LCD 56

3.1.11: Khối giao tiếp máy tính 57

3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 58

3.2.1 Quá trình cảnh báo 59

3.2.2 Quá trình thêm số điện thoại vào bộ nhớ 59

3.2.3 Quá trình kiểm tra, thay đổi và xóa số điện thoại 60

3.2.4 Quá trình thay đổi bản tin 62

3.3 Sơ đồ bố trí linh kiện bản mạch in 62

3.4 Mạch sản phẩm sau quá trình nghiên cứu 63

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 69

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ATM Asynchronous transfer mode Truyền không đồng bộ

CAS Chanel Associated Signalling Báo hiệu kênh riêng

CCS Common Chanel Signalling Báo hiệu kênh chung

DTMF Dual Tone Multifrequency Mã đa tần

FSK Frequency Shift Key Khóa dịch tần số

HLE Host local Exchange Tổng đài nội hạt

ISDN Integrated Service Digital

Network

Mạng tích hợp số đa dịch vụ

MDMF Multiple Data Message Format Khuôn dạng nhiều bản tin

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ tiếp

PCM Pulse-code modulation Điều chế xung mã

PSDN Public Switching Data Network Mạng chuyển mạch số liệu công

cộng PSTN Public Switching Telephone

Network

Mạng điện thoại công cộng

RLE Remote Local Exchange Tổng đài vệ tinh

SCU Subscriber-concentrator unit Bộ tập trung thuê bao

SDMF Single Data Message Format Khuôn dạng một bản tin

SLTU Subscriber line-termination unít Đơn vị đường thuê bao

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian

TE Transit Exchange Tổng đài chuyển tiếp

TE Transit Exchange Tổng đài chuyển tiếp

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH

Bảng1 : Các tần số tương ứng của các phím 33

Bảng 2: Mô tả thời gian chu kì đọc ghi của MT8880 50

Hình 1.1: Các thành phần chính của mạng viễn thông 8

Hình 1.2: Cấu hình mạng cơ bản 9

Hình 1.3: Cấu trúc mạng phân cấp 9

Hình 1.4: Sơ đồ tổng quát của tổng đài SPC kỹ thuật số 12

Hình 1.5: Phân tích một cuộc gọi thành công thông 14

Hình 1.6: Tín hiệu âm mời quay số 15

Hình 1.7 : Tín hiệu âm báo bận 15

Hình 1.8 : Tín hiệu hồi âm chuông 16

Hình 1.9: Quay số bằng xung thập phân(số 42…) 17

Hình 1.10: Quay số bằng mã đa tần 17

Hình1.11: Sơ đồ tổng quan báo hiệu 18

Hình1.12: Báo hiệu kênh kết hợp 18

Hình1.13: Các tín hiệu báo hiệu cơ bản 19

Hình 1.14: Báo hiệu kênh chung 20

Hình 1.15: Cấu trúc bản tin CCS 20

Hinh 1.16: Trường chuyển mạch thời gian kĩ thuật số 21

Hình 1.17: Nguyên lý chuyển mạch không gian kỹ thuật số 24

Hình 1.18: Cấu trúc của chuyển mạch không gian 25

Hinh 1.19: Mô hình chuyển mạch ghép TS 25

Hinh 1.20: Mô hình chuyển mạch ghép ST 26

Hinh 1.21: Mô hình chuyển mạch TST 26

Hình 1.22: Mạng chuyển mạch gói 27

Hình 1.23: Nguyên lý cắt mảnh và tạo gói 28

Hình 1.24: Topo mạng thế hệ sau 29

Hình 1.25: Một số dịch vụ NGN điển hình 31

Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch 34

Hình 2.2: Dạng tín hiệu của phím 1 35

Hình 2.3: Lưu đồ tín hiệu cho tính toán đệ quy cấp một của DFT 37

Hình 2.4: Biểu đồ tín hiệu cho bậc 2 phép tính đệ quy của X(k) 37

Hình 2.5: Bộ lọc bậc 2 song song lựa chọn DFT cần tính 38

Hình 2.6: Lưu đồ giải mã DTMF 39

Hình 2.7: Khuôn dạng bản tin SDMF 41

Hình 2.8: Khuôn dạng bản tin MDMF 42

Hình 2.9: Giao diện CCS 44

Hình 2.10: Hình bên ngoài của PICKit2 45

Hình 2.11: Hình bên trong của PICKit2 46

Hình 2.12: Giao diện ICSP 46

Hình 2.13: Giao diện PICKit2 47

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của khối Vi điều khiển 48

Hình 3.2: Chu kỳ đọc của MT8880 49

Hình 3.3: Chu kỳ ghi của MT 8880 49

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khối mã hoá và giải mã DTMF 50

Hình 3.5: Mạch giải mã FSK 51

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch giải mã FSK 52

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối thu và phát âm thanh 53

Hình 3.8: Giản đồ thời gian ghi của ISD1110 53

Hình 3.9: Giản đồ phát âm thanh của ISD1110 54

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cung cấp 54

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý kết nối với đường dây điện thoại 55

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý khối cảm nhận chuông 55

Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại 56

Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp tín hiệu cảnh báo 56

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý ghép nối với LCD 57

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý ghép nối với máy tính 57

Hình 3.17: Lưu đồ chọn chế độ hoạt động 58

Hình 3.18: Lưu đồ thuật toán quá trình cảnh báo 59

Hình 3.19: Lưu đồ thêm số điện thoại 60

Hình 3.20: Lưu đồ kiểm tra và thay đổi số điện thoại 61

Hình 3.21: Lưu đồ quá trình ghi âm 62

Hình 3.22: Sơ đồ bố trí linh kiện 62

MỞ ĐẦU

Ngày nay điện thoại không còn là một vấn đề gì quá lớn, nó trở thành một vật không thể thiếu với mỗi gia đình Nhu cầu sử dụng điện thoại không còn đơn thuần chỉ

là nghe gọi và nhắn tin mà bây giờ với công nghệ ngày một phát triển Con người còn

có thể khai thác chiếc điện thoại vào nhiều tiện ích trong cuộc sống Để đáp ứng nhu cầu của con người các nhà cung cấp dịch vụ đã mở rất nhiều dịch vụ tiện ích cho đến các thuê bao

Ngoài ra, khoa học kĩ thuật ngày nay rất phát triển, có rất nhiều dòng Vi điều khiển đã ra đời đã mang lại cơ hội rất lớn cho những người yêu thích ngành nghề điện

tử viễn thông Với các dòng Vi điều khiển đủ mạnh cùng với các công cụ hỗ trợ, chúng ta dần dần khai thác mạng điện thoại Biến nó từ những hệ thống với ý tưởng chủ yếu nghe, gọi và nhắn tin trở thành các mạng mang lại nhiều tiện ích cho cuộc sống bằng việc phải xử lý được các tín hiệu trên đường truyền điện thoại

Từ ý tưởng trên tôi lựa chọn nghiên cứu khai thác mạng điện thoại với đề tài “

Giao tiếp với đường truyền điện thoại bằng Vi điều khiển” Mạng điện thoại dùng

dây đã ra đời khá lâu, tuy nhiên đến ngày nay nó vẫn là công cụ phổ biến trong đời sống chúng ta Tuy mạng điện thoại dùng dây luôn bị phiển toái bởi dây kết nối nhưng chính điều này nó lại có ưu điểm là các tín hiệu luôn được kết nối, ít sẩy ra tình trạng nghẽn mạch và đặc biệt điện thoại này được lấy nguồn từ tổng đài do vậy nó luôn luôn được hoạt động trừ khi tổng đài không hoạt động Từ hai yếu tố tín hiệu tin cậy và luôn luôn hoạt động là điều kiện rất tốt cho các ứng dụng tiện ích ví dụ gửi một bản tin cảnh báo đến các số điện thoại đã nạp trước

Bản luận văn bao gồm 3 chương và phụ lục:

Chương 1: Tổng quan mạng điện thoại

Chương 2: Sơ đồ khối của mạch

Chương 3: Thiết kế chi tiết mạch

Phụ lục

Trong đó chương 1 nêu cơ sở lý thuyết về hệ thống mạng điện thoại bao gồm phân cấp tổng đài, nêu các thành phần của tổng đài số SPC, kĩ thuật báo hiệu, kĩ thuật chuyển mạch và các dịch vụ tiện ích của mạng viễn thông thế hệ sau Chương 2 mô tả các khối của mạch, mỗi khối được phân tích và đưa ra các phương án lựa chọn linh kiện Chương 3 nêu và phân tích sơ đồ nguyên lý của từng khối, phân tích nguyên lý hoạt động của mạch, cách bố trí linh kiện trên mạch và sản phẩm thu được sau khi đã nghiên cứu Phần phụ lục khảo sát một số IC được sử dụng trong mạch cùng với chương trình viết cho mạch

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI

1.1 Mạng viễn thông hiện tại [2]

1.1.1 Khái niệm về mạng viễn thông

Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng

Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối

Hình 1.1: Các thành phần chính của mạng viễn thông

- Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài chuyển tiếp Các thuê bao được nối vào tổng đài chuyển tiếp Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế

- Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài Hay giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền đưa tín hiệu điện Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn cáp quang Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường truyền thường và cáp kim loại, tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang hoặc vô tuyến

- Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến, truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại, cáp quang Truyền vô tuyến bao gồm vi ba, vệ tinh

- Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy fax, máy vi tính, tổng đài nhánh riêng (PABX)

Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: Mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền tạo thành các cấp mạng khác nhau hình 1.2

Mạng viễn thông hiện nay được chia thành nhiều loại Đó là mạng mắc lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng kín và mạng thang Các loại mạng này có ưu

Thiết bị chuyển mạch

Thiết bị truyền dẫn

Thiết bị truyền dẫn

Môi trường truyền dẫn Thiết bị

chuyển mạch

điểm và nhược điểm khác nhau để phù hợp với các đặc điểm của từng vùng địa lý (trung tâm, hải đảo, biên giới,…) hay vùng lưu lượng (lưu thoại cao thấp,…)

Hình 1.2: Cấu hình mạng cơ bản

TE: Transit Exchange - Tổng đài chuyển tiếp quốc gia

HLE: Host local Exchange - Tổng đài nội hạt

RLE: Remote Local Exchange – Tổng đài xa (tổng đài vệ tinh)

Sub: Subscriber – Thuê bao

Mạng viễn thông hiện nay được phân cấp như sau:

Hình 1.3: Cấu trúc mạng phân cấp

Trong mạng hiện nay gồm 5 nút:

- Nút cấp 1: trung tâm chuyển mạch chuyển tiếp quốc tế

Tổng đài chuyển tiếp quốc gia

Tổng đài chuyển tiếp nội hạt

Tổng đài nội hạt

Tổng đài khu vực

- Nút cấp 2: trung tâm chuyển mạch chuyển tiếp đường dài

- Nút cấp 3: trung tâm chuyển mạch chuyển tiếp nội hạt

- Nút cấp 4: trung tâm chuyển mạch nội hạt

- Nút cấp 5: trung tâm chuyển mạch từ xa

1.1.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện nay

Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để thực hiện dịch vụ đó

- Mạng telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng kí tự đã được mã hóa bằng 5 bít Tốc độ truyền rất thấp (từ 75 đến 300 bít/s)

- Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là mạng POTS (plain Old Telephone Service): ở đây thông tin tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN

- Mạng truyền số liệu: bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 về hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên giao thức X.21

- Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo ba cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Cable Television) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh, hay còn gọi là truyền trực tiếp DBS (Direct Broadcast System)

- Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN (Local Area Network) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, Token Bus và mạng vòng thẻ bài

Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác nhau Ví dụ ta không thể chuyển mạch gói X.25 vì trễ qua mạng này quá lớn Trước khi tìm hiểu mạng viễn thông thế hệ sau NGN, chúng ta cần hiểu

rõ sự phát triển của các mạng hiện tại mà tiêu biểu là:

- Xét về góc độ dịch vụ thì gồm các mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu

- Xét về góc độ kĩ thuật bao gồm các mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ

- PSTN (Public Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN phục vụ thoại và bao gồm hai loại tổng đài: tổng đài nội hạt (cấp 5)

và tổng đài tandem (tổng đài chuyển tiếp nội hạt, cấp 4) Tổng đài chuyển tiếp nội hạt được nối vào các tổng đài Toll để giảm mức phân cấp Phương pháp nâng cấp các tổng đài chuyển tiếp là bổ sung cho mỗi nút một lõi ATM Các lõi ATM sẽ cung cấp dịch

vụ băng rộng cho thuê bao, đồng thời hợp nhất các mạng số liệu hiện nay vào mạng

chung ISDN Các tổng đài cấp 4 và cấp 5 là các tổng đài loại lớn các tổng đài này có kiến trúc tập trung, cấu trúc phần phần mềm và phần cứng độc quyền

- ISDN (Integrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp đa dịch vụ ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng và xây dựng giao tiếp người sử dụng - mạng đa dịch vụ bằng một số giới các kết nối chuyển mạch và không chuyển mạch Các kết nối chuyển mạch của ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm nhiều chuyển mạch thực, chuyển mạch mạch gói và sự kết hợp của chúng Các dịch vụ mới phải tương hợp với các kết nối chuyển mạch số 64 kbit/s ISDN phải chứa sự thông minh để cung cấp cho các dịch vụ, bảo dưỡng và các chức năng quản lý mạng, tuy nhiên tính thông minh này có thể không đủ để cho một vài dịch vụ mới và cần được tăng cường từ mạng hoặc từ sự thông minh thích ứng cho các thiết bị đầu cuối của người sử dụng Sử dụng kiến trúc phân lớp là đặc trưng của truy xuất ISDN Truy xuất của người sử dụng đến ISDN có thể khác nhau tùy thuộc vào dịch vụ yêu cầu và tình trạng ISDN của từng quốc gia Cần thấy rằng ISDN được

sử dụng với nhiều cấu hình khác nhau tùy theo hiện trạng mạng viễn thông của từng quốc gia

- PSDN (Public Switching Data Network) là mạng chuyển mạch số liệu công cộng PSDN chủ yếu cung cấp các dịch vụ số liệu Mạng PSDN bao gồm các PoP (Point of Presence: điểm hiện diện) và các thiết bị truy nhập từ xa Hiện nay PSDN đang phát triển với tốc độ rất nhanh do sự bùng nổ của dịch vụ Internet và các mạng riêng ảo (Virtual Private Network)

- Mạng di động GSM (Global Sytem for Mobile Telecom) là mạng cung cấp dịch vụ thoại tương tự như PSTN nhưng qua đường truy nhập vô tuyến Mạng này chuyển mạch dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia thời gian và công nghệ ghép kệnh phân chia tần số Các thành phần cơ bản của mạng này là bộ điều khiển trạm gốc, trạm chuyển tiếp gốc, đăng kí định vị thường trú, đăng kí định vị tạm trú và thuê bao

di động

- Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ thu được lợi nhuận phần lớn từ các dịch

vụ như kênh thuê riêng, chuyển tiếp khung , ATM và các dịch vụ kết nối cơ bản Tuy nhiên xu hướng giảm lợi nhuận từ các dịch vụ này bắt buộc các nhà khai thác phải tìm dịch vụ mới dựa trên IP để đảm bảo lợi nhuân lâu dài VPN là một hướng đi của các nhà khai thác Các dịch vụ dựa trên nền IP cung cấp kết nối giữa một nhóm người sử dụng qua mạng hạ tầng công cộng VPN có thể đáp ứng các nhu cầu của khách hàng bằng các kết nối dạng nhiều tới nhiều, các lớp đa dịch vụ, các dịch vụ giá thành quản

lý thấp, riêng tư, tích hợp xuyên suốt cùng với các mạng Intranet/Extranet Một nhóm người sử dụng trong mạng Intranet và Extranet có thể hoạt động thông qua mạng có định tuyến IP Các mạng riêng ảo có chi phí vận hành thấp hơn hẳn so với mạng riêng

trên phương tiện quản lý, băng thông và dung lượng Hiểu một cách đơn giản, VPN là một mạng mở rộng tự quản như một sự lựa chọn cơ sở hạ tầng của mạng WAN VPN

có thể liên kết người sử dụng thuộc một nhóm kín hay giữa các nhóm khác nhau VPN được định nghĩa bằng một chế độ quản lý Các thuê bao VPN có thể di chuyển đến một kết nối mềm dẻo trải dài từ mạng cục bộ đến mạng hoàn chỉnh Tuy nhiên hiện nay mạng PSTN/ISDN vẫn đang là mạng cung cấp các dịch vụ dữ liệu

1.2 Tổng quan tổng đài kỹ thuật số SPC [3]

Hình 1.4: Sơ đồ tổng quát của tổng đài SPC kỹ thuật số

Tổng đài bao gồm hai loại đơn vị: đơn vị tập trung thuê bao và đơn vị chuyển mạch nhóm Các đơn vị tập trung thuê bao có thể nằm ở xa hoặc ở gần đơn vị chuyển mạch nhóm, các đơn vị này chứa chuyển mạch số, mạch kết cuối đường dây, thiết bị điều khiển và báo hiệu Hình 1.4 mô tả một tổng đài cục bộ chỉ với một bộ tập trung thuê bao (subscriber-concentrator unit_SCU) và một đơn vị chuyển mạch nhóm (group-switch unit_GSU), các SCU thêm vào được kết nối đến GSU tương tự Thông thường thiết bị điều khiển trong SCU thực hiện vài chức năng điều khiển gọi, trong mối liên hệ với thiết bị điều khiển chính trong GSU Mức độ tự động của thiết bị điều khiển trong CSU phụ thuộc vào thiết kế của tổng đài Do vậy khối điều khiển trong hình 1.4 bao gồm cả hai đơn vị tổng đài Cả hai đơn vị của tổng đài đều chứa các khối của chuyển mạch Khối chuyển mạch tập trung thuê bao chuyển các cuộc gọi bắt đầu

từ một số lớn các đường dây thuê bao với lưu lượng tải thấp đến trung kế nội bộ có

M

U

x

Đơn vị kết cuối trung

kế tương

tự

Các đầu cuối điều hành

Đơn vị chuyển mạch nhóm

Đơn vị tập trung thuê bao

Khối chuyển mạch tập trung thuê bao

MF Sig

tones

Hệ thống điều khiển tỏng đài

MF Sig

CAS CCS

khả năng tải cao, dẫn đến khối chuyển mạch nhóm Điều này tạo nên một liên kết giữa các trung kế từ các đơn vị tập trung thuê bao, các trung kế bên ngoài và các tuyến hợp nối Các cuộc gọi kết cuối trên SCU được chuyển bởi khối chuyển mạch tập trung thuê bao từ trung kế GSU đến các đường thuê bao thích hợp

Các khối chuyển mạch số với các đặc tính cấu tạo của chất bán dẫn số và chế

độ hoạt động của TDM, chỉ có thể làm việc với các tín hiệu dạng số Do đó với bất kỳ một đường tương tự nào kết cuối trên tổng đài đều phải chuyển sang dạng số tại bộ phận ngoại vi của khối chuyển mạch Công việc chuyển đổi này được thực hiện bởi đơn vị kết cuối trung kế tương tự tại bộ phận ngoại vi của khối chuyển mạch định tuyến Sự chuyển đổi cho các đường dây thuê bao được thực hiện bởi các đơn vị đường thuê bao (subscriber line-termination unít_SLTU) và các bộ ghép kênh tại bộ phận ngoại vi của khối chuyển mạch tập trung thuê bao

SLTU cũng hỗ trợ tất cả các chức năng liên quan đến đường dây thuê bao Các chức năng này bao gồm cấp nguồn cho bộ truyền thoại, phát hiện vòng DC được tạo

do thuê bao nhấc ống nghe, phát hiện các xung quay số, bảo vệ thiết bị chuyển mạch chống lại hiện tượng quá áp trên đường dây, chuyển đổi thuê bao tương tự hai dây với

hệ thống chuyển mạch số 4 dây, cấp dòng điện chuông lên đường dây

Các bộ điều khiển đường dây hỗ trợ giao tiếp giữa các SLTU và hệ thống điều khiển tổng đài bằng cách tác động như các đầu cuối truyền tin Do đó, các khoảng nghỉ của xung quay số được phát hiện bởi các SLTU được chuyển sang các chữ số bởi các

bộ điều khiển

Với các điều kiện ngoại lệ của các thành phần một chiều DC, nó được phát hiện bởi các SLTU và các bộ điều khiển của nó, tất cả các báo hiệu được kiểm soát bởi các nhóm truyền nhận chung Truy cập giữa các đường dây thuê bao và các bộ thu đa tần (MF) được hỗ trợ qua khối chuyển mạch tập trung thuê bao Truy cập giữa các đường trung kế và các nhóm báo hiệu truyền nhận khác nhau trong báo hiệu đa tần, báo hiệu kênh liên kết (CAS) và báo hiệu kênh chung (CCS) được hỗ trợ bởi các khối chuyển mạch

1.3 Kỹ thuật báo hiệu [4]

1.3.1 Khái niệm

Một mạng viễn thông có nhiệm vụ chủ yếu là thiết lập, giải tỏa và duy trì kênh giữa thuê bao với nút chuyển mạch hay giữa các nút chuyển mạch với nhau Để thực hiện được điều này, cần phải có một hệ thống thông tin hổ trợ được trao đổi giữa hệ thống chuyển mạch với các thiết bị đầu cuối và giữa các hệ thống chuyển mạch với nhau, hệ thống thông tin này gọi là hệ thống báo hiệu

1.3.2 Các chức năng báo hiệu

Chức năng giám sát: Chức năng giám sát được sử dụng để nhận biết và phản ảnh sự thay đổi về trạng thái hoặc về điều kiện của một số phần tử

Chức năng tìm chọn: Chức năng này liên quan đến việc thiết lập cuộc gọi và

được khởi đầu băng thuê bao chủ gọi gửi thông tin địa chỉ của thuê bao bị gọi Các thông tin địa chỉ này cùng với các thông tin của chức năng tìm chọn được truyền giữa các tổng đài để đáp ứng quá trình chuyển mạch

Chức năng vận hành: Nhận biết và chuyển thông tin về trạng thái tắc nghẽn trong mạng, thông thường là trạng thái đường cho thuê bao chủ gọi Thông báo về các thiết bị, các trung kế không bình thường hoặc đang ở trạng thái bảo dưỡng

1.3.3 Đặc điểm các hệ thống báo hiệu

- Có tính quốc tế

- Phù hợp với các thiết bị mà nó phục vụ

- Khả năng phối hợp với các hệ thống báo hiệu khác

1.3.4 Nội dung của báo hiệu

1.3.4.1 Phân tích cuộc gọi

Trong mạng điện thoại, khi một thuê bao muốn nối với một thuê bao khác bất

kỳ trong mạng thì báo hiệu sẽ thông báo cho mạng chuyển mạch biết rằng thuê bao đó yêu cầu phục vụ, và sau đó trao cho chuyển mạch nội hạt các số liệu cần thiết để nhận biết thuê bao ở xa cần đến và từ đó định tuyến cuộc gọi một cách chính xác Báo hiệu còn giám sát cuộc gọi và trao cho thuê bao các thông tin trạng thái như mời quay số,

âm báo bận, hồi âm chuông…

Thuê bao bị gọi

Thuê bao

Tín hiệu nhấc máy

Âm mời quay số

Hồi âm chuông

Các thông tin

địa chỉ thuê bao

Tín hiệu chuông Thuê bao B nhấc máy Đàm thoại

Đặt máy Đặt máy

Hình 1.5: Phân tích một cuộc gọi thành công

1.3.4.2 Phân loại báo hiệu

+ Phân theo chức năng

- Báo hiệu nghe - nhìn (thông báo)

- Báo hiệu trạng thái (giám sát)

- Báo hiệu địa chỉ (chọn số)

+ Phân theo tổng quan

- Báo hiệu giữa tổng đài với thuê bao

- Báo hiệu giữa tổng đài với tổng đài

1.3.4.3 Phân theo chức năng

+ Báo hiệu nghe nhìn

Là loại báo hiệu nghe thấy được đối với thuê bao trong tiến trình cuộc gọi Đó

là các loại thông tin như sau chủ yếu từ tổng đài đến thuê bao như sau:

- Âm mời quay số: Khi thuê

bao nhấc tổ hợp, trở kháng đường

dây giảm xuống đột ngột Dẫn đến

dòng điện trên dây tăng lên Điều

này được tổng đài nhận biết thuê

bao yêu cầu thiết lập cuộc gọi và nó

phát cho thuê bao âm mời quay số

với tần số khoảng 425Hz liên tục

- Âm báo bận hoặc thông báo:

Trường hợp một thuê bao bận, hay sau

khi kết thúc cuộc gọi, thuê bao này đã

đặt máy, tổng đài phát âm báo bận cho

thuê bao kia với tần số 425Hz Âm báo

bận còn được gửi cho thuê bao chủ gọi

khi thuê bao này sau một khoảng thời

gian sau khi đã nhận được âm mời quay

số mà vẫn chưa quay số

Trường hợp thuê bao bị gọi đi vắng hoặc có các dịch vụ đặc biệt của nó thì tổng đài thông báo cho thuê bao chủ gọi các bản tin tương ứng

- Dòng chuông: Dòng chuông được phát cho thuê bao bị gọi khi thuê bao này

rỗi với tín hiệu xoay chiều khoảng 75V AC, 25Hz

- Hồi âm chuông: Hồi âm chuông được phát cho thuê bao chủ gọi qua tuyến thoại từ tổng đài khi đang đổ chuông cho thuê bao bị gọi Tín hiệu hồi âm chuông có tần số 425Hz hình 1.8

Hình 1.6: Tín hiệu âm mời quay số

0,5s 0,5s

Hình 1.7 : Tín hiệu âm báo bận

- Các bản tin thông báo khác: Nếu trong tổng đài có các bản tin đặc biệt được

ghi sẵn về các lý do cuộc gọi không thành như tình trạng ngẽn, hỏng hóc… thì tổng đài phát cho thuê bao chủ gọi các bản tin tương ứng Trường hợp này là do cuộc gọi không thành không phải bởi các lý do của thuê bao bị gọi

- Tín hiệu giữ

phục hồi và giữ máy

quá lâu: Tín hiệu này

truyền tới thuê bao chủ

gọi khi thuê bao bị gọi

đã đặt máy và tổng đài

đã gửi tín âm báo bận

mà thuê bao chủ gọi không

nghĩ đến việc giải tỏa

tuyến gọi Sau đó một khoảng thời gian trễ thì tuyến mới được thực sự giải tỏa Tín hiệu này cũng được phát khi thuê bao duy trì trạng thái chọn số quá lâu Tín hiệu này thường là sau âm báo bận

+ Báo hiệu trạng thái (báo hiệu giám sát)

- Trạng thái nhấc tổ hợp: Xuất hiện khi thuê bao nhấc tổ hợp hoặc tín hiệu chiếm dùng từ một đường trung kế gọi vào, nó biểu thị yêu cầu thiết lập cuộc gọi mới Sau khi thu được tín hiệu này, tổng đài sẽ đấu nối với một thiết bị thích hợp để thu thông tin địa chỉ từ thuê bao chủ gọi hoặc từ đường trung kế

- Trạng thái đặt tổ hợp: Xuất hiện khi thuê bao đặt tổ hợp hoặc tín hiệu yêu cầu

giải tỏa từ đường trung kế đưa tới Thông tin này chỉ rằng cuộc gọi đã kết thúc, yêu cầu giải tỏa tuyến gọi Khi nhận được thông tin này, tổng đài giải phóng tất cả các thiết

bị dùng để đấu nối cuộc gọi này và xóa các thông tin dùng để thiết lập và duy trì cuộc gọi, đồng thời thiết lập thông tin tính cước

- Trạng thái rỗi - bận: Dựa vào tình trạng tổ hợp của thuê bao bị gọi hoặc đường trung kế là rỗi hay bận hoặc đườnh truyền cho thuê bao chủ gọi

- Tình trạng hỏng hóc: Bằng các phép thử tổng đài xác định trình trạng của

đường dây để có thể thông báo cho thuê bao hoặc cho bộ phận điều hành và bảo dưỡng

- Tín hiệu trả lời về: Khi đổ chuông, ngay sau khi thuê bao bị gói nhấc máy, một tín hiệu ở dạng đảo nguồn được truyền theo đường dây tới thuê bao chủ gọi Tín hiệu này dùng để thao tác một thiết bị đặt ở thuê bao chủ gọi như bộ tính cước hoặc đối với thuê bao dùng thẻ

+ Báo hiệu địa chỉ

Thông tin địa chỉ gồm một phần hoặc toàn bộ địa chỉ của thuê bao bị gọi, đôi khi còn kèm theo các số liệu khác

Hình 1.8 : Tín hiệu hồi âm chuông

4s 2s

Sau khi nhận được âm mời quay số, thuê bao tiến hành phát các chữ số địa chỉ của thuê bao bị gọi Các chữ số này có thể được phát dưới dạng thập phân hay ở dạng

mã đa tần

- Tín hiệu xung thập phân: Các chữ số địa chỉ được phát dưới dạng chuỗi của sự

gián đoạn mạch vòng một chiều nhờ đĩa quay số hoặc hệ thống phím thập phân

Số lượng các lần gián đoạn chỉ thị chữ số địa chỉ trừ số „0‟ ứng với 10 lần gián đoạn Tốc độ gián đoạn là 10 lần mỗi giây và tỷ số xung là 1: 2

Có một khoảng thời gian giữa các số liên tiếp khoảng vài trăm ms trước chữ số

kế tiếp để tổng đài phân biệt các chữ số với nhau

Hình 1.9: Quay số bằng xung thập phân(số 42…)

- Tín hiệu mã đa tần (DTMF)

Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của phương pháp đếm số xung

Nó sử dụng 2 trong 6 tần số âm tần để chuyển các chữ số địa chỉ Khi ấn một phím, ta nhận được một tín hiệu bao gồm sự kết hợp của hai tần số: một ở nhóm tần thấp và một ở nhóm nhóm tần cao gọi là đa tần ghép cặp (Dual Tone Multifrequency_DTMF)

Tín hiệu truyền đi dài hay ngắn phụ thuộc và thời gian ấn phím Thời gian này chính là thời gian kéo dài của tín hiệu Ưu điểm của phương pháp này là nhanh

1.3.4.4 Phân theo tổng quan

Báo hiệu giữa tổng đài với thuê bao

+ Tín hiệu đường dây thuê bao chủ gọi:

- Tín hiệu yêu cầu gọi

- Tín hiệu yêu cầu giải tỏa tuyến gọi

- Tín hiệu địa chỉ

- Tín hiệu báo bận

- Tín hiệu báo rỗi

- Hồi âm chuông

- Tín hiệu trả lời về

- Tín hiệu giữ máy quá lâu

+ Tín hiệu đường dây thuê bao bị gọi:

Quay số

Hình 1.10: Quay số bằng mã đa tần

- Tín hiệu phục hồi :

Báo hiệu liên tổng đài

Có thể được truyền dẫn tín hiệu báo hiệu theo đường dây báo hiệu riêng hoặc đi chung với đường dây thoại Chúng sử dụng tần số trong băng tần tiếng nói hoặc ở ngoài dải tần tiếng nói Thường sử dụng 2 kỹ thuật truyền sau:

- Báo hiệu kênh kết hợp (Chanel Associated Signalling _CAS)

- Báo hệu kênh chung (Common Chanel Signalling _CCS)

1.3.5 Phương pháp truyền dẫn báo hiệu

Có nhiều cách phân loại phương pháp truyền báo hiệu, nhưng ở đây ta phân thành hai loại sau :

- Báo hiệu kênh kết hợp (CAS : Chanel Associated Signalling)

- Báo hiệu kênh chung (CCS : Common Chanel Signalling)

Hình1.11: Sơ đồ tổng quan báo hiệu

1.3.5.1 Báo hiệu kênh kết hợp (CAS)

Hình1.12: Báo hiệu kênh kết hợp

Báo hiệu kênh kết hợp là loại báo hiệu mà trong đó, các đường báo hiệu đã được ấn định trên mỗi kênh thông tin và các tín hiệu này có thể được truyền theo nhiều cách khác nhau

+ Các kỹ thuật truyền các tín hiệu báo hiệu trong CAS:

- Tín hiệu báo hiệu nằm trong kênh thoại (DC, trong băng)

- Tín hiệu báo hiệu nằm trong kênh thoại nhưng phạm vi tần số khác

Báo hiệu

Báo hiệu thuê bao Báo hiệu trung kế

Báo hiệu kênh kết hợp CAS

Báo hiệu kênh chung CCS

Tổng

đài A

Tổng đài B

SIG SIG SIG

SIG SIG SIG Tuyến trung kế

- Tín hiệu báo hiệu ở trong một khe thời gian, mà trong đó, các kênh thoại được phân chia một cách cố định theo chu kỳ

+ Các tín hiệu báo hiệu cơ bản:

Các tín hiệu báo hiệu giữa tổng đài với tổng đài bao gồm một số tín hiệu cơ bản sau cho một cuộc gọi hoàn thành:

- Tín hiệu chiếm dụng (Seizure): Yêu cầu chiếm dụng một đường vào tổng đài

B (1 kênh thoại) và các thiết bị để nhận thông tin địa chỉ

- Tín hiệu xác nhận chiếm dụng (Seizure aknowledgement): Thông báo cho tổng đài A biết rằng tổng đài B đã nhận được tín hiệu chiếm dụng từ tổng đài A

- Thông tin địa chỉ (Address Information): Số địa chỉ của thuê bao B

- Tín hiệu trả lời (B answer): Tổng đài B báo cho tổng đài A biết thuê bao B nhấc máy

- Xóa về (Clear back): Tổng đài B báo cho tổng đài A biết B đã gác máy

- Xóa đi (Clear forward): Tổng đài B nhận thông báo cuộc gọi đã kết thúc, giải tỏa thiết bị và đường dây

Hình1.13: Các tín hiệu báo hiệu cơ bản

1.3.5.2 Báo hiệu kênh chung (CCS)

+ Khái niệm

Báo hiệu kênh chung (CCS) khắc phục được nhược điểm của báo hiệu kênh kết hợp về mặt hiệu suất sử dụng kênh báo hiệu Đối với báo hiệu kênh chung, kênh báo hiệu được phân phát cho kênh tiếng nói chỉ trong một khoảng thời gian báo hiệu Người ta sử dụng một tuyến riêng biệt cho kênh báo hiệu

Tổng đài A

Tổng đài B Tín hiệu chiếm dụng

Tín hiệu xác nhận chiếm dụng

Thông tin địa chỉ

Tín hiệu trả lời

Đàm thoại Xoá hướng về Xoá hướng đi

- Địa chỉ nguồn: Địa chỉ này giúp cho máy tính biết được để khi có nhu cầu cấp phát lại bản tin thì có địa chỉ để yêu cầu phát lại

- Số gói: Số gói chỉ ra tất cả các số liệu của bản tin được sắp xếp lần lượt một cách chính xác Số liệu này được kiểm tra liên tục và chỉ được lấy ra khi có chỉ dẫn

- Trường số liệu: Chứa những thông tin của báo hiệu

- Trường kiểm tra lỗi: Cho phép số liệu được kiểm tra trước khi truyền đến đích

Đặc điểm nổi bật của báo hiệu kênh chung là các đầu cuối không chỉ dành riêng cho một cuộc nối mà một bản tin tuần tự có thể được trang bị bất cứ đầu cuối nào với những cuộc gọi khác nhau và đích khác nhau

Tất cả các bản tin của cuộc gọi không nhất thiết phải cùng hướng Các bản tin tiêu biểu được truyền đi một cách phù hợp với những tuyến được định ra bằng thuật toán dựa trên cơ sở đích, tính sẵn sàng và tải của mạch Khi bản tin được thu thập, nó được truyền đến những điểm đã chọn trên mạng Khi tới đích, nó được tiến hành, so sánh và điều chỉnh, kiểm tra lỗi Nếu có lỗi, nó yêu cầu phát lại bản tin Vì CCS không chuyển báo hiệu trên các trung kế đàm thoại đã thiết lập và giám sát, nên tuyến gọi phải được kiểm tra liên tục mỗi khi cuộc gọi đang thiết lập

1.4 Kỹ thuật chuyển mạch [1]

Các hệ thống chuyển mạch có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với mạng viễn thông Các nhà quản lý hệ thống viễn thông khi đưa ra những quyết định chiến lược phát triển mạng thường dựa trên một số tiêu chí như độ tin cậy, độ mềm dẻo cũng như chức năng đáp ứng được của hệ thống chuyển mạch trong mạng mà họ đang quản lý Năng lực của hệ thống chuyển mạch là nhân tố quyết định cho phép trả lời các câu hỏi

CCIS SIG

CCIS SIG

CCIS SIG: Thiết bị báo hiệu

Hình 1.14: Báo hiệu kênh chung

như: hệ thống có khả năng cung cấp các dịch vụ như thế nào, giá thành dịch vụ có thoả mãn người sử dụng hay không? Công nghệ chuyển mạch gắn liền với công nghệ mạng Các mạng điện thoại trước đây sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh Xu hướng hiện nay là xây dựng các mạng hội tụ dựa trên chuyển mạch gói, cung cấp cả dịch vụ thoại và số liệu một cách mềm dẻo

1.4.1 Chuyển mạch kênh

1.4.1.1 Chuyển mạch thời gian kỹ thuật số

+ Cấu trúc trường chuyển mạch thời gian

Cấu tạo của chuyển

mạch tầng T bao gồm hai

thành phần chính là bộ nhớ

thoại S-Mem (Speech

Memory) và bộ nhớ điều

khiển C-Mem như trên hình

1.16 Chức năng cơ bản của

S-Mem là nhớ tạm thời các tín

hiệu PCM chứa trong mỗi khe

thời gian phía đầu vào để tạo

độ trễ thích hợp theo yêu cầu

Nó có giá trị từ nhỏ nhất là 1

TS và lớn nhất là (n-1) TS

Nếu việc ghi các tín

hiệu PCM chứa trong các khe

thời gian phía đầu vào của

tầng chuyển mạch T vào S-Mem

được thực hiện một cách tuần tự

thì có thể sử dụng một bộ đếm nhị phân modulo n cùng với bộ chọn rất đơn giản để

điều khiển Lưu ý rằng khi đó tín hiệu đồng hồ phải hoàn toàn đồng bộ với các thời điểm đầu của TS trong khung tín hiệu PCM sử dụng trong hệ

Bộ nhớ C-Mem có chức năng điều khiển quá trình đọc thông tin đã lưu đệm tại

S-Mem Bộ nhớ C-Mem có n ô nhớ, bằng số lượng khe thời gian trong khung tín hiệu

PCM sử dụng Trong thời gian mỗi TS, C-Mem điều khiển quá trình đọc một ô nhớ tương ứng trong S-Mem Như vậy hiệu quả trễ của tín hiệu PCM được xác định một cách chính xác bởi hiệu số giữa các khe thời gian ghi và đọc bộ nhớ S-Mem

+ Điều khiển trao đổi khe thời gian

Nguyên lý điều khiển trao đổi khe thời gian trong chuyển mạch thời gian T

sẽ được trình bày qua ví dụ sau đây

Hinh 1.16: Trường chuyển mạch thời gian kĩ thuật số

R/W

Điều khiển vị trí Slector 1

R W

R/W

Trung tâm điều khiển

C - MEM

Giả sử có yêu cầu chuyển mạch phục vụ cho cuộc nối giữa TS#3 của luồng tín hiệu PCM đầu vào với TS#7 của luồng tín hiệu PCM đầu ra của chuyển mạch tầng

T trên hình 1.16 Căn cứ yêu cầu chuyển mạch, hệ thống điều khiển trung tâm (Centre control_CC) của tổng đài sẽ tạo các số liệu điều khiển cho tầng T Để thực hiện điều này CC sẽ nạp số liệu về địa chỉ nhị phân ô nhớ số 3 của S-Mem vào ô nhớ số 7 của C-Mem, sau đó CC giao quyền điều khiển cục bộ cho chuyển mạch tầng T trực tiếp thực hiện quá trình trao đổi khe thời gian theo yêu cầu chuyển mạch

Tiếp theo, để quá trình mô tả được xác định và dễ theo dõi, chúng ta khảo sát từ thời điểm bắt đầu TS#0 của khung tín hiệu PCM Quá trình ghi thông tin PCM chứa trong các khe thời gian phía đầu vào vào bộ nhớ S-Mem được thực hiện một cách lần lượt và đồng bộ nhờ hoạt động phối hợp giữa bộ đếm khe thời gian TS-Counter và

bộ chọn địa chỉ Selector1 Cụ thể là khi bắt đầu khe thời gian TS#0, tín hiệu đồng hồ tác động vào TS-Counter làm nó thiết lập trạng thái 0 để tạo tổ hợp mã nhị phân tương ứng với địa chỉ mã nhị phân ô nhớ 0 của S-Mem Bộ chọn địa chỉ Selector1 được sử dụng để điều khiển đọc hay ghi bộ nhớ S-Mem (RAM), trong trường hợp này nó chuyển mã địa chỉ này vào bus địa chỉ Add của S-Mem đồng thời tạo tín hiệu điều khiển ghi W, do vậy tổ hợp mã tín hiệu PCM chứa trong khe thời gian TS#0 của luồng

số đầu vào được ghi vào ô nhớ 0 của S-Mem Kết thúc thời gian TS#0 cũng là bắt đầu TS#1 song đồng hồ lại tác động vào TS-Counter làm cho nó chuyển sang trạng thái 1

để tạo địa chỉ nhị phân cho ô nhớ số 1 của S- Mem Selector1 chuyển số liệu này vào bus địa chỉ của S-Mem, đồng thời tạo tín hiệu điều khiển ghi W do đó tổ hợp mã tín hiệu PCM trong khe thời gian TS 1 của luồng số đầu vào được ghi vào ô nhớ 1 của S-Men Quá trình xảy ra tương tự đối với các khe thời gian TS2, TS3, và tiếp theo cho tới khe thời gian cuối cùng TSn của khung Sau đó tiếp tục lặp lại cho các khung tiếp theo trong suốt thời gian thiét lập cuộc nối yêu cầu

Đồng thời với quá trình ghi tín hiệu vào S-Mem, C-Mem thực hiện điều khiển quá trình đọc các ô nhớ của S-Mem để đưa tín hiệu PCM ra vào các khe thời gian thích hợp theo yêu cầu Cụ thể diễn biến quá trình xảy ra như sau

Bắt đầu khe thời gian TS7, tín hiệu đồng hồ tác động vào TS-Counter làm nó chuyển trạng thái tạo mã nhị phân tương ứng địa chỉ ô nhớ số 9 của C-Mem Bộ chọn địa chỉ Selector2 chuyển số liệu này vào Bus địa chỉ của C-Mem đồng thời tạo tín hiệu điều khiển đọc R cho bộ nhớ C- Mem, kết quả là nội dung chứa trong ô nhớ số 9 của C-Mem được đưa ra ngoài hướng tới Bus địa chỉ đọc phía đầu vào của Selector1 Vì nội dung của ô nhớ số 7 C-Mem chứa địa chỉ nhị phân của ô nhớ số 3 của S-Mem do vậy bộ chọn địa chỉ Selector1 chuyển địa chỉ này vào Bus địa chỉ của S- Mem, đồng thời nó tạo được tín hiệu điều khiển đọc R của S-Mem Kết quả là nội dung chứa trong ô nhớ số 3 của S-Mem được đưa ra ngoài vào khoảng thời gian của khe thời

gian TS7, nghĩa là đã thực hiện đúng chức năng chuyển mạch yêu cầu cho trước Quá trình tiếp tục lặp lại như trên với chu kì 125s với các khung tiếp theo cho tới khi kết thúc cuộc nối

Như vậy, có thể nhận thấy rằng trường chuyển mạch thời gian gây trễ cho tín hiệu Độ trễ lớn nhất của một kênh là n-1 khe thời gian Có hai phương thức điều khiển cho trường chuyển mạch thời gian số Phương thức thứ nhất là điều khiển đầu ra (Sequence Write Random Read_SWRR) hay còn gọi là ghi vào tuần tự đọc ra có điều khiển Phương thức thứ hai là điều khiển đầu vào (Random Write Sequence Read_RWSR) hay còn gọi là phương thức ghi vào có điều khiển đọc ra tuần tự Dung lượng của trường chuyển mạch thời gian số phụ thuộc vào tốc độ xử lý ghi, đọc của các bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên Thông thường các khối chuyển mạch thời gian được

xử lý song song để tăng dung lượng và giảm tốc độ ghi đọc

1.4.1.2 Chuyển mạch không gian kỹ thuật số

+ Cấu trúc tầng chuyển mạch không gian

Một chuyển mạch không gian kỹ thuật số bao gồm một ma trận TDM với các hệ thống PCM đầu vào và đầu ra, được điều khiển bởi bộ điều khiển cục bộ Để truyền bất kỳ khe thời gian nào trong hệ thống PCM đến khe thời gian ra tương ứng, toạ độ thích hợp của ma trận chuyển mạch không gian phải được kích hoạt trong suốt thời gian hoạt động của khe thời gian này để đảm bảo rằng sự chuyển hướng không gian tín hiệu được hoàn tất Trong suốt thời gian của cuộc gọi (các mẫu tín hiệu thoại cách nhau 125s) tiếp điểm này được sử dụng, sau đó tiếp điểm sẽ phục vụ cho cuộc nối khác Tính chu kỳ này sẽ được điều khiển bởi một vài phương pháp đơn giản thông qua bộ điều khiển cục bộ

Tầng chuyển mạch không gian S dưạ trên các ma trận tiếp điểm chuyển mạch được kết nối theo hàng và cột hình 1.17 Các hàng đầu vào và các tiếp điểm chuyển mạch được tiếp nối với các tuyến PCM đầu vào Các cột đầu ra và các tiếp điểm chuyển mạch được tiếp nối với các tuyến PCM đầu ra Các tiếp điểm chuyển mạch này có thể là các linh kiện bán dẫn logic số không nhớ (ví dụ cổng AND )

Các tiếp điểm được điều khiển bởi một bộ nhớ điều khiển (Control Memory _ CM) nằm trong khối điều khiển cục bộ Mỗi bộ nhớ điều khiển có số ngăn nhớ bằng số khe thời gian của tuyến PCM đầu vào Như vậy mỗi tiếp điểm chuyển mạch trong mỗi cột được gán một địa chỉ duy nhất, và địa chỉ cho phép tác động mở tiếp điểm Số bit nhị phân trong một ngăn nhớ điều khiển cần phải đủ để đánh số hết địa

chỉ các tiếp điểm Với ma trận như trên hình 1.17, tổng số địa chỉ là n + 1 Khi đó, số

bit cần thiết trong một ngăn nhớ CM phải lớn hơn hoặc bằng 1

nối tới bộ giải mã địa chỉ Bộ giải mã này thực hiện giải mã thông tin địa chỉ đọc từ

CM để điều khiển tiếp điểm trên cột tương ứng với địa chỉ đó Quá trình điều khiển chuyển mạch bao gồm việc đọc nội dung ô nhớ trong khoảng thời gian của TS cần chuyển qua và sử dụng các địa chỉ đó để lựa chọn tiếp điểm thông qua bộ giải mã DEC Quá trình ghi/đọc bộ nhớ được điều khiển thông qua bộ chọn Selector với tín hiệu đồng hồ lấy từ bộ cung cấp thời gian cơ sở đồng bộ với tín hiệu của tuyến PCM Các số liệu ghi vào bộ nhớ điều khiển CM trên cơ sở thông tin số liệu từ bộ điều khiển trung tâm CC Tín hiệu địa chỉ Add từ bộ chọn Selector sẽ trỏ đến các địa chỉ mà số liệu điều khiển cần truy xuất đồng bộ với tuyến PCM đầu ra trên cột

Hình 1.17: Nguyên lý chuyển mạch không gian kỹ thuật số

Như vậy, trường chuyển mạch không gian không gây trễ về mặt thời gian, nhưng có thể gây nên hiện tượng Blocking khi có nhiều hơn một khe thời gian đầu vào cùng muốn đấu nối tới 1 khe thời gian đầu ra Dung lượng của trường chuyển mạch không gian phụ thuộc vào số tuyến đầu vào và đầu ra cùng với dung lượng kênh trên mỗi tuyến

+ Điều khiển trường chuyển mạch không gian

Có 2 phương pháp điều khiển trường chuyển mạch không gian kỹ thuật số là điều khiển theo cột (đầu ra) và điều khiển theo hàng (đầu vào) Việc điều khiển được

PCM vào

PCM ra

Hàng đầu vào

Cột đầu ra MĐa trân đấu nối

BUS điều khiển

thực hiện bằng cách sử dụng các bộ ghép kênh và tách kênh logic số Bộ ghép kênh

logic số là một thiết bị tích hợp cho phép n đầu vào kết nối với 1 đầu ra tuỳ thuộc

vào địa chỉ nhị phân đặt trên đường điều khiển (hình 1.18 a) Còn bộ tách kênh logic

số thì có cấu trúc ngược lại (hình 1.18b)

Dung lượng của chuyển

mạch không gian có thể mở

rộng bằng cách ghép kênh theo

thời gian cho các đầu vào,

nhưng quá trình gia tăng dung

lượng này bị hạn chế bởi tốc độ

hoạt động của các mạch logic

Một giải pháp khác cho tốc độ

của các phần tử logic là sử dụng

phương pháp ghép song song,

tuy nhiên phương pháp này sẽ

làm phức tạp hơn trong quá

trình điều khiển và làm giảm

độ tin cậy của hệ thống

1.4.1.3 Chuyển mạch ghép

Trên đây đã trình bày cấu trúc chức năng của các trường chuyển mạch thời gian

và không gian số Nhược điểm lớn nhất của trường chuyển mạch thời gian là độ trễ, còn của trường chuyển mạch không gian là sự tắc nghẽn cũng đã được chỉ ra Để đáp ứng yêu cầu thực tế và mở rộng dung lượng tổng đài, trong cơ cấu trường chuyển mạch của hệ thống tổng đài điện tử số người ta sử dụng quá trình ghép các trường chuyển mạch

Về mặt vật lý, phân hệ chuyển mạch sẽ gồm một số module cơ sở, trên đó có chứa trường các chuyển mạch S và T

được cấu trúc ghép hợp với nhau Các

kiểu ghép có thể là TS, ST, STS, TST

Sau đây là một số mô hình ví dụ

+ Khối chuyển mạch T-S

Khối chuyển mạch T-S bao gồm

một trường chuyển mạch thời gian trên

đầu vào và một trường chuyển mạch

không gian trên đầu ra (hình 1 1 9 )

Trên cấu hình này thông thường các

trường chuyển mạch thời gian đầu vào

thực hiện theo phương thức ghi vào tuần tự đọc ra có điều khiển Trên ma trận chuyển mạch không gian thực hiện theo phương thức điều khiển đầu ra Với khối chuyển mạch T-S này, các chuyển mạch thời gian sẽ chuyển nội dung thông tin giữa các khe thời gian đầu vào và đầu ra mong muốn, trong khi chuyển mạch không gian kết nối các tuyến vào và ra

Đặc điểm của khối chuyển mạch T-S là mặc dù cho phép tăng dung lượng lớn hơn so với chuyển mạch một tầng T nhưng vấn đề tắc nghẽn vẫn có thể xảy ra trên các khe thời gian tương ứng tại phía tầng chuyển mạch không gian S

+ Khối chuyển mạch S-T

Cấu trúc của khối chuyển mạch

ghép S-T giống như khối chuyển mạch

ghép T-S, ngoại trừ chuyển mạch

không gian kết nối các tuyến đầu vào

với đầu ra trước khi thức hiện trao

đổi nội dung thông tin trong các khe

thời gian tại đầu ra (hình 1.20)

Khối chuyển mạch S-T cho

phép tăng dung lượng lớn hơn so với

chuyển mạch một tầng, tuy nhiên vấn đề

tắc nghẽn tại phía tầng chuyển mạch không gian S vẫn chưa thể khắc phục được

+ Khối chuyển mạch S-T-S

Khối chuyển mạch ghép S-T-S kết hợp các chuyển mạch không gian S qua trường chuyển mạch thời gian T để giảm thiểu tắc nghẽn xảy ra trong mạng chuyển mạch Kiểu chuyển mạch này thường được sử dụng trong những năm đầu của công nghệ điện tử, khi các bộ xử lý tốc độ

cao có giá thành rất đắt và khó chế tạo

+ Khối chuyển mạch T-S-T

Cấu hình chuyển mạch T-S-T

rất được ưa chuộng khi tiến bộ khoa

học kỹ thuật áp dụng vào công nghệ

chế tạo tổng đài Theo lý thuyết Clos,

khi thực hiện ghép các trường chuyển

mạch trung gian thì số khe thời gian

trung gian tối thiểu qua tầng S là 2N-1,

trong đó N là số khe thời gian trên đầu vào của tầng T1 hay trên đầu ra của tầng T2

Khối chuyển mạch T-S-T cũng giống như các kiểu ghép khác đều nhằm mục đích tăng dung lượng và giảm độ tắc nghẽn Tuy nhiên, khi ghép hợp các trường

S Chuyển mạch S Chuyển mạch T

Hinh 1.20: Mô hình chuyển mạch ghép ST

Chuyến mạch T Chuyến mạch T

Chuyến mạch S

S

Hinh 1.21: Mô hình chuyển mạch TST

chuyển mạch sẽ làm phức tạp hóa vấn đề điều khiển Đồng thời, độ tin cậy của toàn

bộ hệ thống cũng sẽ giảm xuống khi có nhiều khối thiết bị hoạt động song song và cần đồng bộ với nhau

1.4.2 Chuyển mạch gói

1.4.2.1 Nguyên lí chuyển mạch gói

Kĩ thuật chuyển mạch kênh đã được ứng dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông trong khoảng thời gian dài, tuy nhiên nó cũng thể hiện khá nhiều nhược điểm như tốc độ cố định, đầu cuối cần khả dụng và cùng tốc độ, tài nguyên giành riêng,

Để khắc phục những nhược điểm này, kỹ thuật chuyển mạch gói đã ra đời

Kỹ thuật chuyển mạch gói đóng một vai trò rất quan trọng trong các mạng truyền số liệu trước đây và ngày nay là mạng hội tụ NGN, cho phép truyền tải không chỉ dữ liệu, mà cả tiếng nói, video, v.v

Khái niệm đặc trưng cho mạng chuyển mạch gói là kiến trúc mạng (Topology) Topology đề cập đến phương cách đấu nối các thiết bị bằng các đường thông tin Mạng chuyển mạch gói bao gồm các thành phần cơ bản sau (hình 1 22): trạm (station), nút mạng (node) và các đường truyền dẫn (link)

Các trạm có thể là máy tính hoặc các thiết bị đầu cuối khác, có chức năng tạo

và thu số liệu Nút mạng là một hệ thống chuyển mạch hay định tuyến, thực hiện các chức năng phân gói (nút gốc), hợp gói (nút đích), chuyển mạch, lưu tạm và chuyển tiếp các gói tin (các nút trung gian) Các liên kết đóng vai trò là đường truyền thông tin giữa các nút

Mỗi trạm trong mạng chuyển mạch gói được đấu nối với một nút mạng Mạng không liên quan đến nội dung thông tin được trao đổi giữa các trạm Mục đích của nó chỉ là chuyển số liệu từ trạm này đến trạm khác (từ nguồn tới đích) Mạng chuyển mạch gói có đặc điểm là lưu lượng truyền số liệu thường có yêu cầu trao đổi tin nhanh,

và do đó thời gian truyền tin rất ngắn (<1s) Với thời gian truyền tin ngắn như vậy thì

User A

User B Nút CM1 Nút CM2

Nút CM6

Nút CM3

Hình 1.22: Mạng chuyển mạch gói

kỹ thuật chuyển mạch kênh là không thích hợp bởi vì thời gian thiết lập và giải phóng kênh có thể lâu hơn rất nhiều so với thời gian truyền tin

Trong kỹ thuật chuyển mạch gói, các bản tin cần truyền được chia cắt thành các thành phần nhỏ gọi là gói tin Mỗi gói lại được đưa thêm phần điều khiển để mạng có thể định tuyến gói đó đến đích theo yêu cầu Nguyên tắc chuyển mạch là tại từng nút gói đựơc nhận, lưu tạm và chuyển tiếp tới nút tiếp theo cho đến khi đến đích cuối cùng Các bước cần thiết để truyền thông tin đi từ nguồn đến đích như sau:

- Bước 1: Phân đoạn gói ở phía phát

- Bước 2: Định tuyến các gói

- Bước 3: Tái hợp gói ở phía thu

Tuỳ thuộc vào giao thức truyền thông mà có thể có nhiều mức phân chia bản tin thành các gói với chiều dài khác nhau Ngoài những thông tin được cắt từ bản tin, gói còn được chèn thêm các phần đầu và đuôi để phục vụ cho việc định tuyến qua mạng

Hình 1.23: Nguyên lý cắt mảnh và tạo gói

1.5 Mạng viễn thông thế hệ sau [1]

1.5.1 Định nghĩa

Mạng viển thông thế hệ sau (NGN) có nhiều tên gọi khác nhau như:

- Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau)

- Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ)

- Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng)

- Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM)

Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và cung các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan trọng và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể và chính xác nào cho mạng NGN Do đó định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết mọi chi tiết

về mạng thế hệ sau, nhưng nó có thể tương đối là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN

Bắt đầu từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuỷen mạch gói

Gói tin

Bản tin

Bản tin có độ dài L

và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạch thông tin thế hệ sau (NGN) ra đời là mạng

có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuiyển mạch gói, triển khai các dịch vụ thoại và số liệu, giữa cố định và di động

Như vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ sau là sự tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên kĩ thuật IP/ATM Nó có thể chuyển tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng có thể nhập một dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công ghệ gói, giữa mạng cố định và mạng di động Vấn đề chủ đạo ở đây làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này Một vấn đề quan trọng khác là là sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một khối lượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm

cả đa phương tiện, phần lớn trong đó là không được trù liệu khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay

- Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất

- Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

- Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi

Cổng phương tiện Cổng mạng thường trú

Cổng ứng dụng

và dịch vụ

Trạm di động

Trạm trực tiếp

- Chia tách cuộc gọi với truyền tải

Mục tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập vơi mạng, thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trí, và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch

vụ và loại hình đầu cuối Điều đó làm việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính limh hoạt cao

Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được

sử dụng làm cơ sở cho mạng đa dịch vụ Mặc dù hiện tại vẫn còn ở thế bất lợi so với các chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lựong thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo choi số liệu Tốc độ đổi mới nhanh chóng trên thế giới intẻnet, mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này

1.5.3 Các dịch vụ chính trong mạng NGN

Hiện NGN vẫn đang trên đường triển khai trên mạng Do vậy, chúng ta sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc xác định hết tất cả các laọi hình dịch vụ mà NGN có khả năng cung cấp trong thời gian tới Rất nhiều dịch vụ, một số đã sẵn sang, một số khác chỉ ở mức khái niệm trong giai đoạn đầu của quá trình triển khai NGN Trong khi một

số dịch vụ có thể được cung cấp từ mặt bằng sẵn có, một số khác được cung cấp từ khả năng báo hiệu, quản lý và điều khiển của NGN Mặc dù các dịch vụ mới là động lực chính tạo ra NGN, nhưng lợi nhuận của NGN trong giai đoạn đầu vẫn do các dịch vụ truyền thống mang lại Do đó, các dịch vụ truyền thông được trang trải trong mạng, trong khi các dịch vụ mới phục vụ cho việc phát triển sau này

Hầu hết các dịch vụ truyền thống dựa trên cơ sở truy nhập/ truyền dẫn/ định tuyến/chuyển mạch, dựa trên cơ sở khả năng kết nối/ tài nguyên và điều khiển hiên, và các dịch vụ gia tăng khác NGN có khả năng cung cấp phạm vi rộng các loại hình dịch

vụ, bao gồm:

Các dịch vụ tài nguyên chuyển dụng như: cung cấp và quản lý các bộ chuyển

mã, các cầu nối hội nghị đa phương tiện đa điểm, các thư viện nhận dạng tiếng nói, …

Các dịch vụ lưu trữ và xử lý như: cung cấp và quản lý các đơn vị lưu trữ thông tin về thông báo, máy chủ tệp tin, máy chủ kết cuối, nền tảng hệ điều hành (OS platforms)

Các dịch vụ trung gian như: môi giới, bảo mật, bản quyền,…

Các dịch vụ ứng dụng cụ thể như: các ứng dụng thương mại, các ứng dụng thương mại điện tử, …

Các dịch vụ cung cấp nội dung mà nó có thể cung cấp hoặc môi giới nội dung thông tin như: đào tạo, các dịch vụ xúc tiến thông tin, …

Các dịch vụ tương thích dùng để tương tác với các dich vụ khác, các ứng dụng

khác, các mạng khác, các giao thức hoặc các định dạng khác như chuyển đổi EDI (Electronic Data Interchange)

Các dịch vụ quản lý, bảo dưỡng, vận hành và quản lý các dịch vụ và mạng truyền thông

Sau đây là một số các dịch vụ mà chúng ta tin rằng nó sẽ chiếm vị trí quan trọng trong môi trường NGN, bao gồm một phạm vi rộng các dịch vụ từ thoại thông thường đến các dịch vụ tích hợp phức tạp như thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality) nhằm nhấn mạnh rằng kiến trúc dịch vụ thế hệ sau sẽ cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ khác nhau

- Dịch vụ thoại (Voice Telephony)

NGN vẫn cung cấp các dịch vụ thoại khác nhau đang tồn tại như chờ cuộc gọi chuyển cuộc gọi, gọi 3 bên, các thuộc tính AIN khác nhau, Centrex, Class, …Tuy nhiên cần lưu ý là NGN không cố gắng lặp lại các dịch vụ thoại truyền thống hiện đang cung cấp dịch vụ thì vẫn đảm bảo nhưng công nghệ thì thay đổi

Hình 1.25: Một số dịch vụ NGN điển hình

- Dịch vụ dữ liệu (Data service)

Cho phép thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối cùng với các đặc tả giá trị gia tăng như băng thông theo yêu cầu, tính tin cậy và phục hồi nhanh kết nối, các kết nối chuyển mạch ảo (SVC – Switched virtual Connection), và quản lý dải tần, điều khiển cuộc gọi, … Tóm lại các dịch vụ dữ liệu có khả năng thiết lập kết nối theo băng thông và chất lượng dịch vụ QoS theo yêu cầu

Tính toán

mạng công

cộng

Bản tin hợp nhất

Môi giới thông tin

Tương mại điện tử

Dịch vụ

chuyển

cuộc gọi

Trò chơi tương tác

Thực tế ảo phân tán

Quản lý tại gia

- Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service)

Cho phép nhiều người tham tương tác với nhau qua thoại, video, dữ liệu Các dịch vụ này cho phép khách hàng vừa nói chuyện vừa hiển thị thông tin Ngoài ra, các máy tính còn có thể cộng tác với nhau

- Dịch vụ sử dụng mạng riêng ảo (VPN)

Thoại qua mạng riêng ảo cải thiện khả năng mạng, cho phép các tổ chức phân tán về mặt địa lý, mở rộng hơn và có thể phối hợp các mạng riêng đang tồn tại với các phần tử của mạng PSTN

Dữ liệu VPN cung cấp thêm khả năng bảo mật và các thuộc tính khác mạng của mạng cho phép khách hành chia sẻ mạng Internet như một mạng riêng ảo, hay nói cách khác, sử dụng địa chỉ IP chia sẻ như một VPN

- Điện toán mạng công cộng (PNC – Public Network Computing)

Cung cấp các dịch vụ điện toán dựa trên cơ sở mạng công cộng cho thương mại

và các khách hàng Ví dụ nhà cung cấp mạng công cộng có thể cung cấp khả năng lưu trữ và xử lý riêng (chẳng hạn như làm chủ một trang Web, lưu trữ/ bảo vệ/ dự phòng các tệp số liệu hay chạy một ứng dụng tính toán) Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ mạng công cộng có thể cung cấp các dịch vụ thương mại cụ thể (như hoạch định tài nguyên công ty (ERP – Enterprise Resource Planning), dự báo thời gian hóa đơn chứng thực, ) với tất cả hoặc một phần các lưu trữ và xử lý xảy ra trên mạng Nhà cung cấp dịch vụ có thể tính cước theo giờ, ngày, tuần, … Hay theo phí bản quyền đối với dịch vụ

- Bản tin hợp nhất (Inified Messaging)

Hỗ trợ các dịch vụ như thoại, email, fax mail, nhắn tin qua các giao diện chung Thông qua các giao diện này người sử dụng sẽ truy nhập (cũng như được thông báo) tất cả các loại tin nhăn trên không phụ thuộc vào hình thức truy nhập (hữu tuyến hay

vô tuyến, máy tính, thiết bị dữ liệu vô tuyến) Đặc biệt kỹ thuật chuyển đổi lời nói sang tệp văn bản và ngược lại được thực hiện ở máy chủ ứng dụng cần phải được sử dụng ở dịch vụ này

- Môi giới thông tin (Information brokering)

Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thông tin đến khách hàng tương ứng với nhà cung cấp Ví dụ như khách hàng có thể nhận thông tin trên cơ sở các tiêu chuẩn cụ thể hay trên các cơ sở tham chiếu cá nhân,…

-Thương mại điện tử (E – Commerce)

Cho phép khách hàng mua hàng hóa dịch vụ được sử lý bằng điện tử trên mạng;

có thể bao gồm cả việc xử lý tiến trình, kiểm tra thông tin thanh toán tiền, cung cấp khả năng bảo mật, … Ngân hàng tại nhà và đi chợ tại nhà nằm trong danh mục các dịch vụ này; bao gồm cả các ứng dụng thương mại, ví dụ như quản lý dây chuyền cung

cấp các ứng dụng quản lý tri thức

Dịch vụ thượng mại điện tử còn được mở rộng sang lĩnh vực di động Đó chính

là dịch vụ thượng mại di động (M – Commerce – Mobile Commerce) Có nhiều khái niệm khác nhau về M – Commerce, nhưng ta có thể hiểu đây là dịch vụ cho phép người sử dụng tham gia vào thị trường thương mại điện tử (mua và bán) qua các thiết

bị di động cầm tay

- Các dịch vụ chuyển cuộc gọi (call center service)

Một thuê bao có thể chuyển một cuộc gọi thông thường đến trung tâm phân phối cuộc gọi bằng cách kích chuột trên một trang web Cuộc gọi có thể xác định đường đến một agent thích hợp, mà nó có thể nằm bất cứ đâu thậm chí cả ở nhà (như trung tâm cuộc gọi ảo – Vitual call center) Các cuộc gọi thoại cũng như các tin nhắn e- mail có thể được xếp hàng giống nhau đến các agent Các agent có các truy nhập điện tử đến các khách hàng, danh mục, nguồn cung cấp và thong tin yêu cầu, có thể được truyền qua lại giữa khách hàng và agent

- Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive Gaming)

Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi tương tác (chảng hạn như video games)

- Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality)

Tham chiếu đến sự thay đổi được tạo ra có tính chất kỹ thuật của các sự kiện, con người, địa điểm, kinh nghiệm,… của thế giới thực, ở đó những người tham dự và các nhà cung cấp kinh nghiệm ảo là phân tán về địa lý Các dịch vụ này là yêu cầu sự phân phối hợp rất phức tạp của các tài nguyên khác nhau

- Quản lý tại nhà (Home Manager)

Với sự ra đời của các thiết bị mạng thông minh, các dịch vụ này có thể giám sát

và điều khiển các hệ thống bảo vệ tại nhà, các hệ thống đang hoạt động, các hệ thống giải trí, và các công cụ khác tại nhà Giả sử như chúng ta đang xem ti vi và có chuông cửa, không vấn đề gì cả, ta chỉ việc sử dụng điều khiển ti vi từ xa để xem được trên màn hình ai đang đứng trước cửa nhà mình

Chương 2: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH

2.1 Sơ đồ khối

Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch

2.2 Khối Vi điều khiển

Đây là khối xử lí chính của mạch Khối này tiếp nhận các tín hiệu từ các khối khác cũng như điều khiển hoạt động của các khối còn lại Hiện nay trên thị trường đã

có rất nhiều họ Vi điều khiển có tính năng đủ mạch để đảm nhiệm việc xử lí này: ví dụ 80C51 của Intel, 68HC11 của Motorola, PIC của Microchip, AVR của Atmel, H8 của Hitachi, ARM …Trong luận văn này tôi lựa chọn PIC16F877A Vì các lý do sau:

- Có thể mua dễ dàng và giá cả hợp lý

- Có đầy đủ tính năng của Vi điều khiển khi hoạt động độc lập

- Hỗ trợ từ nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình tù đơn giản đến phức tạp

- Có bộ nhớ Flash có thể ghi xoá nhiều lần

- Hỗ trợ cả chuẩn giao tiếp I2C và SPI

2.3 Khối thu phát âm thanh

Khối này có nhiệm vụ ghi và phát âm thanh Hiện nay trên thị trường cũng đã

có rất nhiều loại IC thu phát âm thanh họ ISD với thời gian thu phát cũng như chất lượng khác nhau ví dụ như: 10s, 20s, 60s, 90s, 120s, 4 phút, 8 phút, 16 phút IC thu phát âm thanh được chia làm hai dòng, thứ nhất là giao tiếp song song, loại này tối đa được 120s, thứ 2 là giao tiếp nối tiếp ghi được 4 đến 16 phút Trong loại ghi nối tiếp thì được chia làm 2 loại là giao tiếp nối tiếp theo chuẩn SPI và chuẩn I2C Trong luận

Khối Vi điều khiển

Khối giải mã FSK (CID)

Khối mã hoá và giải mã DTMF

Bảng 1: Các tần số tương ứng của các phím

Ví dụ khi ấn phím 1 thì tín hiệu là sự kết hợp giữa tần số 697Hz và 1209Hz và dạng tín hiệu là hình 2.2 [11]

Hình 2.2: Dạng tín hiệu của phím 1

Phiên bản của DTMF sử dụng cho tín hiệu điện thoại được biết đến như hãng Touch-Tone, và được tiêu chuẩn hoá bởi ITU-T là Q.23 Tín hiệu DTMF có thể được phát hoặc thu bằng một IC chuyên dụng (VD: MTD88xx) hoặc sử dụng thuật toán Goertzel Algorithm

2.4.2 Thuật toán Goertzel[13]

Thuật toán Goertzel là một trường hợp đặc biệt của biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform _ DFT), được mô tả bởi biểu thức sau:

N

I

W i

)(

Z D

Z N

Bộ lọc này có một điểm cực trong đường tròn đơn vị, tại tần số Wk 2 k

N



 Vì vậy toàn bộ DTF có thể được tính bằng cách áp dụng các dữ liệu đầu vào cho một đầu vào duy nhất của các bộ lọc đơn song song, mỗi một đầu vào DTF có một tần số vào tương ứng Các bộ lọc có thể lặp lại được xác định bằng việc biến đổi z ngược của (2.2) Nếu chúng ta cho X(z) là biến đổi z của các bộ lọc đầu vào chuỗi và Yk(z) là biến đổi z của bộ lọc đầu ra, thì ta có :

Hk(z) =

)(

)(

Z X

yk(i)= x(i)+yk(i-1)WN-K

Phương trình này định nghĩa cho một đầu vào của bộ cộng hưởng với đầu ra yk(i) Một N điểm DFT như vậy có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một sự sắp đặt song song như vậy của mỗi bộ lọc, ở đó mỗi bộ lọc tính toán một hệ số DFT đơn Lưu đồ tín hiệu cho một bộ lọc được thể hiện trong hình 2.3

Bộ lọc được thể hiện trên hình 2.3 phải tính toán phức tạp chuyển sang đệ quy Điều này không hiệu quả, và có thể được loại trừ bằng việc thay đổi bộ lọc đơn cực trong bộ cộng hưởng đơn kép Hàm truyền cho việc thi hành như vậy được cho bởi 2.5

2.1

2.2

2.3

2.4

HK(Z)=

2 1 1

)

2 cos(

2 1

Z

W N K

Hình 2.3: Lưu đồ tín hiệu cho tính toán đệ quy cấp một của DFT

Mẫu II đưa ra của bộ lọc này có thể được biểu diễn bởi phương trình khác:

được biểu điễn trên hình 2.4

Mối quan hệ đệ quy vk(i) được tính từ i=0,1,2,…,N-1, nhưng phương trình cuối chỉ có một phép tính khi i=N

Hình 2.4: Biểu đồ tín hiệu cho bậc 2 phép tính đệ quy của X(k)

2.6

2.7 2.5

2.4.3 Mô tả phần mền của thuật toán Goertzel

Thuật toán Goertzel tạo ra một chuỗi của bộ lọc đáp ứng xung vô hạn bậc 2 Như được thấy ở hình 2.4, biểu đồ tín hiệu thấp được phân chia bởi 2 khu phân biệt

Vế bên tay trái bao gồm hai thành phần trễ, vế bên phải nơi không có phản hồi Giải

mã DTMF, chỉ đọc (N-1) lần của thuật toán theo yêu cầu Kết quả, không cần thực hiện ở vế phải cho đến lúc lặp lại lần cuối cùng Nó không đúng trong mọi trường hợp, thực tế là bộ nhân của vế bên trái, 2cos(2 )

N

 giống như hằng số ở vế bên phải, WN k, khi yêu cầu có độ chính xác hoàn hảo WN klà một số phức, và ở vế trái của một số thực Tuy nhiên, phần mềm tính toán đại lượng cân bằng với đầu ra, từ đó thuật toán thực, thực hiện giải mã DTMF nhanh hơn, và nó không chiếm khoảng bộ nhớ cái đó

đã rút ngắn được một số các yêu cầu biến đổi

Thuật toán thu gọn và yêu cầu có duy nhất một hệ số thực từ mỗi tần số để xác định đại lượng của nó Trong căn bậc hai về độ lớn và về pha, hệ số phức yêu cầu, từ

đó yêu cầu chương trình cao hơn, nhưng điều may là DTMF có thể được giải mã dễ dàng bởi việc khai căn đại lượng của hai thành phần tần số tương ứng và bỏ đi các pha khác Được bổ xung bởi mỗi chương trình xử lý mẫu của nó thay thế cho việc bổ xung các mẫu

Hình 2.5 Bộ lọc bậc 2 song song lựa chọn DFT cần tính

Bộ lọc Goertzel k=18

Bộ lọc Goertzel k=20

Bộ lọc Goertzel k=22

Bộ lọc Goertzel k=24

Bộ lọc Goertzel k=31

Bộ lọc Goertzel k=34

Bộ lọc Goertzel k=38

Bộ lọc Goertzel k=42

x(i)

X(18) 697Hz i=0, ,N-1

Biện pháp cài đặt sử dụng thuật toán Goertzel được biểu diễn ở hình 2.6 Sau chuỗi DFT được xử lý với 205 mẫu và tính năng lượng của một trong 8 tần số mô tả phím số, sau đó nó thực hiện một loạt của các kiểm tra Các kiểm tra này được thiết kế tách biệt với âm tần DTMF chuẩn, và các tín hiệu tương tự như phổ Khi giải mã xử lý liên tục dữ liệu đầu vào, không biết chữ số là hợp lệ cho đến khi sau khi đã xử lý tất cả các dữ liệu, và thực hiện các kiểm tra Đầu tiên thử kiểm tra xem nếu giải mã số có thể thay đổi từ sự chuyển qua cuối cùng Nếu nó đã thay đổi, sau đó nó được chuyển qua chữ số vào vị trí thứ hai vừa qua, và chữ số hiện thời vào trong vị trí cuối cùng và lặp lại DTMF Nếu các chữ số hiện thời đã giống như chữ số cuối cùng, sau đó so sánh

nó với các chữ số thứ hai vừa qua Nếu cũng tương tự như vậy, kết thúc các chữ

số không thay đổi, và để lại trên cùng thuật toán chia nhánh Tuy nhiên, chữ số hiện tại không như chữ số thứ hai cuối cùng, chữ số kết thúc chương trình là một

âm tần mới, và nó gửi trở lại hiển thị trên máy tính cá nhân Sau đó nó chuyển vị trí sau vào vị trí thứ hai, và chữ số hiện tại vào vị trí cuối cùng, và lặp lại DFT

Nó cũng cần thiết để kiểm tra cường độ tín hiệu của giải mã âm thanh Để bảo đảm giao thoa hay nhiễu trắng ngẫu nhiên không được giải mã Đây đơn giản là một vấn đề liên quan cột và hàng năng lượng để xác định phải chăng họ vượt hơn một giá trị trước xác định Nếu năng lượng là ít hơn mức này, thì chương trình phân nhánh quay trở lại bắt đầu của giải thuật

Hình 2.6: Lưu đồ giải mã DTMF

Tính toán năng lượng của mỗi tần số

Xử lý

205 mẫu chưa?

Chuyển sang số chưa?

Tín hiệu

có đủ khoẻ không?

N

Bắt đầu

Đọc mẫu dữ liệu từ AIC

Thuật toán Goertzel

Tìm các đỉnh của cột và hàng

Ghi số vào máy tính